基于Lamb波的CFRP-钢胶接界面分层损伤检测研究

发布时间：2020-07-19 10:27

【摘要】：碳纤维增强复合材料(CFRP)以其质轻高强的力学性能已在工业领域被广泛应用。当CFRP与金属胶接时,胶接界面在各种因素作用下易发生脱粘而演变成分层损伤,是胶接结构的薄弱环节,特别是在CFRP加固的钢结构中,界面的分层将极大地降低整体结构的承载能力,因此对该类型损伤进行检测非常有必要性。针对Lamb检测技术,目前Lamb波在界面分层处传播的线性特征规律尚不清晰,分层所引起的波非线性特征及其影响因素分析还不详细,利用lamb波对分层损伤进行精确定位还有待进一步研究。基于此,本文以CFRP-钢胶接板中的分层损伤为检测对象,以lamb波为检测手段,主要完成了以下工作:(1)根据三维弹性理论建立了正交各向异性和各向同性板的Lamb波相速度求解模型,结合传递矩阵建立了CFRP-钢胶接板的频散方程,为频散曲线的绘制提供理论依据;借助模态有限元分析法绘制了Lamb波在CFRP-钢胶接板中的频散曲线,为后续的信号分析提供参考。(2)仿真研究了分层缺陷的存在对lamb波传播的影响,通过位移云图对比发现了lamb波在分层处的分离过程,分层区域上部分能量聚集明显形成驻波;以仿真和试验相结合的方式研究了损伤回波的形成及其与分层长度的关系,结果显示A0波对分层损伤更加敏感,损伤回波主要在分层退出端发生反射且反射系数随着分层长度的增加而先增大后下降并呈振动的趋势。(3)仿真分析了损伤信号中高次谐波和次谐波的产生原因,通过数字滤波和HHT时频变换发现了透射二次谐波(2f_0)与直达波到达时间的差异性并分析了原因;提取了分层上下面节点的位移曲线从结构刚度和节点运动相位这两方面对碰撞过程进行详细分析;针对信号激励幅值、分层长度和所处深度这三个关键因素研究了它们对lamb波非线性特征的影响并作出相应解释。(4)介绍了小波包变换相关理论,引入基于小波包能量谱的损伤判定指标;结合基于损伤存在概率的成像算法(RAPID)提出了一种对CFRP-钢胶接板的分层损伤进行检测定位的方法;对比了仿真和试验结果并对试验精度较低的原因进行了分析,给出了优化试验效果的相关建议。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG496
【图文】：

检测方式,缺B,波脉冲,检测脉冲

波脉冲检测脉冲检测按照波的接收形式可具体分为反射法和透射法利用一个探头兼作发射和接收器，从探伤仪上读取接收射波在时间轴的位置及幅值大小来判断损伤是否存在、损伤的面积大小。在此基础上，超声波在探伤中逐步发展，B 扫描和 C 扫描，A 扫描可以显示某个检测定点下缺B 扫描可以显示某个竖直截面内的缺陷信息；C 扫描可以陷信息，如图 1-1 所示。

分层损伤

3图 1-2 分层损伤的超声 A 扫描[13]（a）检测原理（b）时域信号SunG和ZhouZ[14]利用激光脉冲超声对CFRP层合板内部分层进行C扫描，结果发现只要选择适当的激励频率和位置，通过脉冲反射和透射法均可以有效地检测出分层的位置。同时作者探讨了材料的各向异性对检测的影响，结果发现碳纤维复合材料的各向异性特性引起了波场的非对称分布和光束的聚集、失真

示意图,示意图,分层损伤,激励频率

析了分层位置和激励频率对 A0 波在分层边界的成的透射 S0 成分比较少，其随着分层位置加深，透射 A0 波成分不随着激励频率的变化而改变升反射 A0 波成分，从而更好地通过反射 A0 波针对复合材料梁中的分层损伤，采用 Lamb 波的发现相对于 S0 波，A0 波对内部的分层损伤更加居中位置时；S0 和 A0 模态波在分层缺陷的两反射很微弱，右端反射占主导地位，当分层长度端的反射波会融合为一个波包。分层长度与波长系数均会发生变化，在某个比值时，反射系数达

【参考文献】